Интерференция между поднесущими частотами в системе DRM

Актуальность. В России и в мире идет процесс постепенного перехода к цифровому радиовещанию (ЦРВ), обеспечивающему более высокое качество воспроизведения звуковых программ, значительную экономию радиочастотного ресурса, высокую помехозащищенность, существенный энергетический выигрыш по сравнению с аналоговыми системами радиовещания, возможность построения одночастотных сетей. Свойственный системам ЦРВ пороговый эффект требует учета влияния уровня интерференции между поднесущими (ИМП) OFDM-сигнала (OFDM, аббр. от англ. Оrthogonal Frequency-Division Multiplexing) на изменение помехозащищенности систем ЦРВ в целом. Последнее обусловлено в том числе рассогласованием частот генераторов передающего и приемного трактов систем ЦРВ. Однако в рекомендациях Международного союза электросвязи (МСЭ-R, ITU-R) и доступных публикациях отсутствуют требования, предъявляемые к стабильности частот генераторов. Работа восполняет данный пробел.

Цель работы. Повышение помехозащищенности системы цифрового радиовещания DRM.

Методы. На основе анализа данных, имеющихся в публикациях, развит метод расчета уровня интерференции между поднесущими частотами в ситуации, когда при приеме OFDM-сигнала нет потери ортогональности поднесущих частот, а в радиоканале присутствует только белый шум (AWGN, аббр. от англ. Additive White Gaussian Noise).

Результаты. Исследовано и оценено влияние нормализованного частотного сдвига генераторов приемного и передающего трактов системы DRM на ухудшение отношения сигнал/шум при модуляции поднесущих частот QPSK для разных уровней помехозащищенности (PL0-PL3). Показано, что величина интерференции между поднесущими частотами OFDM-сигнала зависит от условий приема, вида модуляции, скорости кода, требуемого минимального значения напряженности электромагнитного поля сигнала передатчика и требуемого минимального отношения сигнал/шум в точке приема, от собственных шумов приемника и величины атмосферного шума. Достоверность полученных результатов подтверждена экспериментальными данными других исследователей.

Новизна. Полученные результаты являются новыми для системы DRM, при работе в режиме устойчивости Е в случае стационарного приема и модуляции поднесущих частот QAM-4 прием OFDM-сигнала системы DRM становится невозможным уже при рассогласовании частот генераторов приемного и передающего трактов более чем на (2,07… 2, 32) Гц.

Практическая значимость. Знание уровня интерференции между поднесущими частотами OFDM-сигнала при расстройке частот генераторов передающего и приемного тактов систем ЦРВ необходимо для разработки национальных нормативных документов, регламентирующих эксплуатационные характеристики оборудования систем ЦРВ.

1. Бакулин М.Г., Крейнделин В.Б., Шлома А.М., Шумов А.П. Технология OFDM: учебное пособие для вузов. М.: Горячая линия – Телеком, 2016. 352 с. EDN:YPURRV

2. Cho Y.S., Kim J., Yang W.Y., Kang C.G. Mimo-OFDM Wireleess Communications with Matlab. Singapore: John Wiley & Sons, 2010. 544 p.

3. Fazel K., Kaiser S. Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems: from OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX. John Wiley & Sons, 2008. 384 p.

4. Kung T.L. Synchronization and Coding in Wireless Communications Systems. Dissertation Submitted to the Faculty of the Graduate School of the University of Minnesota. 2013. p. 156.

5. Younis S.B.T. Synchronization Algorithms and Architectures for Wireless OFDM Systems. PhD Thesis. Newcastle University, 2012. 197 p. URL: http://hdl.handle.net/10443/1417 (Accessed 20.04.2024)

6. Батырев А.И. Оценка влияния сдвига несущей частоты на качество принимаемого сигнала // Омский научный вестник. 2015. № 3(143). С. 259‒262. EDN:VCNUSF

7. Speth M., Fechtel S.A., Fock G., Meyr H. Optimum Receiver Design for Wireless Broad-Band Systems Using OFDM. Part I // IEEE Transactions on Communications. 1999. Vol. 47. Iss. 11. PP. 1668–1677. DOI:10.1109/26.803501

8. Morelli M., Kuo C.C.J., Pun M.O. Synchronization Techniques for Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA): A Tutorial Review // Proceedings of the IEEE. 2007. Vol. 95. Iss. 7. PP. 1394‒1427. DOI:10.1109/JPROC.2007.897979

9. Sun Z., Peng T., Wan W. A novel sampling synchronization scheme for OFDM-based system with unified reference clock // Journal on Wireless Communications and Networking. 2012. Vol. 2012. P. 368. DOI:10.1186/1687-1499-2012-368

10. Zhao Y., Häggman S.-G. Intercarrier Interference Self-Cancellation Scheme for OFDM Mobile Communication Systems // IEEE Transactions on Communications. 2001. Vol. 49. Iss. 7. PP. 1185‒1191. DOI:10.1109/26.935159

11. Raboh M.S.A., Al Bassiouni A.A.M., Zakaria H.M., El Bahy M.M. Performance Analysis of OFDM Systems Subjected to Carrier Frequency Offset in Fading Communication Channels // International Journal of Engineering Research & Technology. 2015. Vol. 4. Iss. 7. URL: https://www.ijert.org/research/performance-analysis-of-ofdm-systems-subjected-to-carrier-frequency-offset-in-fading-communication-channels-IJERTV4IS070404.pdf (Accessed 20.04.2024)

12. Жерносеков Р.А., Першин В.Т. Синхронизация системы мультиплексирования с ортогональным разделением частот // Доклады БГУИР. 2017. № 4(106). С. 5‒11. EDN:ZDINJL

13. Ковалгин Ю.А. Цифровое радиовещание: системы и технологии. М.: Горячая линия ‒ Телеком, 2021. 580 с.

14. ETSI ES 201 980 v.4.1.2 (2017-04). Digital Radio Mondiale (DRM); System.

15. Specification // ETSI. 196 p. URL: http://www.etsi.org/standards-search (Accessed 20.04.2024)

16. Рекомендация ITU-R BS.1660-8 (10/2015). Техническая основа для планирования наземного цифрового звукового радиовещания в полосе ОВЧ.

17. Planning Parameters for DRM Mode E (‘DRM+’) concerning the use in VHF bands I, II and III V 3.0. 2011. URL: https://drm-radio-kl.eu/berichte_vortraege/drmplus-hdradio/Planning-parameters-for-DRMplus-V30.pdf

18. Ковалгин Ю.А. Частотное планирование сетей цифрового радиовещания. СПб.: СПбГУТ, 2021.194 с. (Accessed 20.04.2024)